RU100694U1

RU100694U1 - CATHODE FOR THE GAS DIODE OF THE REDUCED PRESSURE

Info

Publication number: RU100694U1
Application number: RU2010129254/07U
Authority: RU
Inventors: Игорь Дмитриевич Костыря; Виктор Федотович Тарасенко
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2010-12-20

Abstract

1. Катод для газового диода повышенного давления ускорителя убегающих электронов, рабочая эмитирующая поверхность которого выполнена из плоскопараллельно расположенных металлических проволочек, натянутых на токопроводящий опорный элемент, отличающийся тем, что опорный элемент выполнен в форме тора и плотно установлен на металлическом диске-основании. ! 2. Катод по п.1, отличающийся тем, что при рабочем импульсном напряжении 50÷500 кВ размеры катода составляют: ! расстояние от диска-основания до эмитирующей поверхности 1÷4 мм; ! расстояние между проволоками 3÷8 мм; ! толщина проволок составляет 0,05÷0,5 мм. 1. The cathode for a high-pressure gas diode of the runaway electron accelerator, the working emitting surface of which is made of plane-parallel metal wires stretched over a conductive supporting element, characterized in that the supporting element is made in the form of a torus and is tightly mounted on a metal base disk. ! 2. The cathode according to claim 1, characterized in that at an operating pulse voltage of 50 ÷ 500 kV, the dimensions of the cathode are:! the distance from the base disk to the emitting surface is 1 ÷ 4 mm; ! distance between wires 3 ÷ 8 mm; ! the thickness of the wires is 0.05 ÷ 0.5 mm.

Description

Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована в ускорителях с двухэлектродными газовыми диодами повышенного давления, работающие как в режиме генерации убегающих электронов, так и в режиме генерации субнаносекундных рентгеновских импульсов. Например, в газовых диодах малогабаритных ускорителей сверхкоротких лавинных электронных пучков.The utility model relates to accelerator technology and can be used in accelerators with two-electrode high-pressure gas diodes, operating both in runaway electron generation mode and in subnanosecond x-ray pulse generation mode. For example, in gas diodes of small accelerators of ultrashort avalanche electron beams.

Одной из наиболее сложных проблем при создании газовых диодов повышенного давления является получение больших амплитудных значения токов электронных пучков и равномерное распределение плотности электронов в поперечном сечении потока, что в большой степени зависит от геометрии катода.One of the most difficult problems when creating high-pressure gas diodes is to obtain large amplitude values of the electron beam currents and a uniform distribution of electron density in the cross section of the flow, which largely depends on the cathode geometry.

Известно устройство катода, который выточен из графита и содержит кольцо с острой кромкой, обращенной к аноду, и плоский диск-основание, который крепится к катодному электроду [1]. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве длина эмитирующей электроны поверхности острой кромки ограничивается диаметром кольца. Указанный признак не позволяет получить большие амплитудные значения тока пучка электронов в газовом диоде повышенного давления, а существенное увеличение эмиссионных центров на поверхности острой кромки, за счет увеличения диаметра кольца, приводит к неоднородному распределению электронов пучка в поперечном сечении.A device of the cathode is known, which is machined from graphite and contains a ring with a sharp edge facing the anode, and a flat disk base, which is attached to the cathode electrode [1]. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device include the fact that in the known device the length of the sharp-edge emitting electron surface is limited by the diameter of the ring. The indicated feature does not allow to obtain large amplitude values of the electron beam current in a high-pressure gas diode, and a significant increase in the emission centers on the surface of the sharp edge, due to an increase in the diameter of the ring, leads to an inhomogeneous distribution of the beam electrons in the cross section.

Известно устройство катода, эмиссионной рабочей поверхностью является торец тонкостенной трубки. Трубка изготовлена из проката нержавеющей стали. Трубка плотно надета на катодный электрод [2]. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве длина эмитирующей электроны поверхности ограничивается диаметром кольца. Используя трубчатые катоды из тонкостенного проката нержавеющей стали можно получать большие токи электронного пучка за счет увеличения диаметра, но при этом теряется качество излучения - плотность тока пучка в центральной части анодной фольги значительно уменьшается.A cathode device is known, the emitting working surface is the end face of a thin-walled tube. The tube is made of rolled stainless steel. The tube is tightly mounted on the cathode electrode [2]. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device include the fact that in the known device the length of the surface emitting electrons is limited by the diameter of the ring. Using tubular cathodes from thin-walled rolled stainless steel, large electron beam currents can be obtained by increasing the diameter, but the quality of the radiation is lost - the beam current density in the central part of the anode foil is significantly reduced.

Наиболее близким устройством, того же назначения, к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является катод инициирующего разряда, содержащий ряд параллельных тонких вольфрамовых проволочек натянутых на токоподводящий опорный элемент [3]. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве подвод тока к проволочкам осуществляется с торцевых сторон токопроводящего опорного элемента. Большая длина проволочек влияет на одновременное срабатывание центров эмиссии в центральной части и на краях катода инициирующего разряда. При этом теряется качество электронного потока.The closest device of the same purpose to the claimed utility model in terms of features is the initiating discharge cathode containing a series of parallel thin tungsten wires stretched over a current-carrying supporting element [3]. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device include the fact that in the known device, the current is supplied to the wires from the end sides of the conductive supporting element. The large length of the wires affects the simultaneous operation of emission centers in the central part and at the edges of the cathode of the initiating discharge. In this case, the quality of the electron stream is lost.

Задачей полезной модели является увеличение амплитуды тока электронного пучка и улучшение равномерного распределения плотности потока электронов в поперечном сечении за анодной фольгой газового диода повышенного давления в ускорителях убегающих электронов.The objective of the utility model is to increase the amplitude of the electron beam current and to improve the uniform distribution of the electron flux density in the cross section behind the anode foil of the high pressure gas diode in runaway electron accelerators.

Указанный технический результат, при осуществлении полезной модели достигается тем, что в катоде для газового диода повышенного давления ускорителя убегающих электронов, рабочая эмитирующая поверхность которого выполнена из плоскопараллельно расположенных металлических проволочек, натянутых на токопроводящий опорный элемент, согласно полезной модели, опорный элемент выполнен в форме тора и плотно установлен на металлическом диске-основании катод для газового диода повышенного давления ускорителя убегающих электронов.The specified technical result, when implementing the utility model, is achieved by the fact that in the cathode for a high-pressure gas diode of the runaway electron accelerator, the working emitting surface of which is made of plane-parallel metal wires stretched over a conductive support element, according to the utility model, the support element is made in the form of a torus and the cathode for the high pressure gas diode of the runaway electron accelerator is tightly mounted on a metal base disk.

Кроме того, при рабочем импульсном напряжении 50-500 кВ размеры катода составляют:In addition, at an operating pulse voltage of 50-500 kV, the dimensions of the cathode are:

- расстояние от диска-основания до эмитирующей поверхности (1-4) мм;- the distance from the base disk to the emitting surface (1-4) mm;

- расстояние между проволочками - (3-8) мм- the distance between the wires - (3-8) mm

- толщина проволочек составляет (0,05-0,5) мм.- the thickness of the wires is (0.05-0.5) mm.

Выполнение этих условий позволяет для заданной конструкции двух электродного газового диода повышенного давления ускорителя электронных пучков подобрать оптимальную геометрию катода. Что, в свою очередь, позволяет получать наибольшие значения тока электронного пучка с равномерным распределением плотности потока электронов в поперечном сечении.The fulfillment of these conditions makes it possible to select the optimal cathode geometry for a given design of two electrode gas diodes of increased pressure of the electron beam accelerator. Which, in turn, allows one to obtain the highest values of the electron beam current with a uniform distribution of the electron flux density in the cross section.

На фиг.1 представлен катод, который содержит опорный элемент 1, выполненный в форме тора, проволочки 2, диск-основание катода 3, переходную муфту 4, соединяющую катод с катодным электродом газового диода.Figure 1 shows the cathode, which contains the support element 1, made in the form of a torus, wire 2, the disk base of the cathode 3, the adapter sleeve 4, connecting the cathode to the cathode electrode of the gas diode.

На основе предложенного решения разработан катод для двухэлектродных газовых диодов повышенного давления малогабаритных ускорителей Сверхкоротких Лавинных Электронных Пучков - 150 (СЛЭП-150) [4]. Диаметр катода определяется диаметром тороидального опорного элемента и равен 30 мм. Диаметр образующей окружности тора 1,5 мм. Тор приварен сваркой к металлическому диску-основанию катода. Проволочки диаметром 0,19 мм натянуты и закреплены на поверхности тора, обращенной к аноду. Расстояние между проволочками 4 мм. Внутренний диаметр переходной муфты 6 мм равен диаметру катодного электрода. Все элементы катода были изготовлены из нержавеющей стали. Такая геометрия и выбор материала катода позволили получить среднестатистическое значение тока электронного пучка за анодной фольгой, толщиной 10 мкм в атмосфере воздуха почти в 4 раза выше, с относительно равномерным распределением плотности потока электронов в поперечном сечении, чем, в сравнении, с трубчатым катодом диаметром 30 мм, изготовленного из проката нержавеющей стали толщиной 0,1 мм.Based on the proposed solution, a cathode was developed for two-electrode high-pressure gas diodes of small accelerators of Ultrashort Avalanche Electron Beams - 150 (SLEP-150) [4]. The diameter of the cathode is determined by the diameter of the toroidal support element and is equal to 30 mm The diameter of the torus circumference is 1.5 mm. The torus is welded to the metal disk base of the cathode. The wires with a diameter of 0.19 mm are stretched and fixed on the surface of the torus facing the anode. The distance between the wires is 4 mm. The inner diameter of the adapter sleeve 6 mm is equal to the diameter of the cathode electrode. All cathode elements were made of stainless steel. Such a geometry and a choice of cathode material made it possible to obtain the average statistical value of the electron beam current behind the anode foil, a thickness of 10 μm in an air atmosphere is almost 4 times higher, with a relatively uniform distribution of electron flux density in the cross section than, in comparison, with a tubular cathode with a diameter of 30 mm made from rolled stainless steel 0.1 mm thick.

Источники информации, принятые во внимание.Sources of information taken into account.

1. Месяц Г.А., Коровин С.Д., Шарыпов К.А., Шпак В.Г., Шунайлов С.А., Яландин М.И. О динамике формирования субнаносекундного электронного пучка в газовом и вакуумном диоде. Письма в ЖТФ Т.32, №1, 2006, с.35-44.1. Mesyats G.A., Korovin S.D., Sharypov K.A., Shpak V.G., Shunailov S.A., Yalandin M.I. On the dynamics of the formation of a subnanosecond electron beam in a gas and vacuum diode. Letters to ЖТФ Т.32, №1, 2006, p.35-44.

2. Костыря И.Д., Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.X., Бураченко А.Г., Ломаев М.И., Рыбка Д.В. Генерация субнаносекундных пучков электронов в воздухе атмосферного давления. Письма в ЖТФ Т.35, №21, 2009, с.79-87.2. Kostyrya I.D., Tarasenko V.F., Baksht E.X., Burachenko A.G., Lomaev M.I., Rybka D.V. Generation of subnanosecond electron beams in atmospheric pressure air. Letters to ЖТФ Т.35, №21, 2009, p. 79-87.

3. Павловский А.И., Босамыкин В.С., Карелин В.И., Никольский В.С. Электроразрядный ОКГ с инициированием в активном объеме. Квантовая электроника, Т.3, №3, 1976, с.601.3. Pavlovsky A.I., Bosamykin V.S., Karelin V.I., Nikolsky V.S. Electric discharge laser with initiation in an active volume. Quantum Electronics, Vol. 3, No. 3, 1976, p. 601.

4. Костыря И.Д., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Ускоритель сверхкороткого электронного пучка СЛЭП-150. Приборы и техника эксперимента. №4. 2008, с 159-160.4. Kostyrya I.D., Tarasenko V.F., Schitz D.V. Ultra-short electron beam accelerator SLEP-150. Instruments and experimental technique. Number 4. 2008, from 159-160.

Claims

1. The cathode for a high-pressure gas diode of the runaway electron accelerator, the working emitting surface of which is made of plane-parallel metal wires stretched over a conductive supporting element, characterized in that the supporting element is made in the form of a torus and is tightly mounted on a metal base disk.

2. The cathode according to claim 1, characterized in that at an operating pulse voltage of 50 ÷ 500 kV, the dimensions of the cathode are:

the distance from the base disk to the emitting surface is 1 ÷ 4 mm;

distance between wires 3 ÷ 8 mm;

the thickness of the wires is 0.05 ÷ 0.5 mm.